肖安全工程专业瓦斯抽放系统毕业设计指导书修订版文档格式.docx

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首采区开采时矿井通风系统图（1：

矿井瓦斯抽放系统平面图（1：

抽放钻孔布置平面图及剖面图（1：

500）若干张；

地面泵房设备布置平面图1张（1：

200）；

第二篇毕业设计资料收集

⑴矿井概况

⑵煤层瓦斯压力、瓦斯含量、透气性系数、百米钻孔流量及衰减系数等瓦斯基本参数的测定资料，矿井瓦斯等级鉴定资料，收集正常生产时期1个月的通风旬报、瓦斯日报、突出预测指标值、效检指标值及瓦斯抽放报表；

⑶地质资料：

摘录地质报告内地层、地质构造、含煤地层、地勘时期瓦斯含量测定资料（包括含量值、煤的工业分析及瓦斯气体成分）及水文地质等方面资料；

⑷开拓开采方面资料：

矿井初步设计说明书（着重收集矿井开采的前中后期开拓方案，采面、掘进面的布置方式及巷道断面大小），收集如下图纸：

采掘工程平面图、通风系统图、瓦斯抽放系统图、井上下对照图（以上图纸最好为电子版）；

⑸瓦斯抽放系统设计说明书；

⑹矿井其它与瓦斯抽放设计相关的资料

第三篇毕业设计说明书具体指导

对于瓦斯抽放系统设计，可分为新建、改（扩）建及生产矿井的瓦斯抽放工程设计。

根据矿井瓦斯抽放系统的设计要求，本方向的设计设计应完成如下几个章节的基本内容。

对于本科毕业设计来，应完成毕业设计大纲中规定的具体内容，对于学有余力的同学可以参照本篇内容进行全部章节的设计。

第一章矿井概况

1.1井田概况

⑴井田所处的地理位置、交通、地形地貌、气候、降水、河流、最高洪水位、地震烈度、井田开采史、邻近矿井分布、现开采区域位置及开采情况。

⑵矿井水源、电源及通信。

⑶井田范围内及邻近矿井采空区积水、自燃、火区等情况、滑坡及地表塌陷情况。

1.2井田地质特征

⑴地质构造

井田内地层及构造。

断层、褶曲、陷落柱、剥蚀带发育情况及其分布规律；

煤系地层走向、倾斜、倾角及其变化规律；

岩浆侵入情况及对煤层的影响。

⑵含煤地层及煤层

煤层层数、厚度及可采煤层煤种、倾角、节理、层理发育情况。

煤层顶底板岩性特征、物理力学性质、结构及变化规律；

煤层结构、煤层露头（含隐伏露头）及风化带情况。

⑶煤层瓦斯、自然及爆炸倾向性

煤层瓦斯含量、煤层瓦斯压力，煤层瓦斯赋存规律、矿井瓦斯等级鉴定情况；

各可采煤层煤尘爆炸性鉴定资料、煤层自燃倾向性鉴定资料和自然发火期统计资料；

矿井煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险性；

邻近矿井瓦斯、煤尘、煤的自燃、煤与瓦斯突出等鉴定情况。

⑷井田水文地质

区域及井田水文地质条件；

井田主要含水层类型；

地表水情况，矿井水患类型及威胁程度分析；

井田内及周边矿井采（古）空区范围及积水情况等。

本章指导及要求：

⑴对于1.1井田概况及1.2井田地质特征可以参照设计矿井的精查地质报告对照设计内容进行写作；

⑵对于煤层瓦斯含量、矿井瓦斯等级、瓦斯赋存规律、煤与瓦斯突出等鉴定应作为重点内容，做好资料收集工作，在地质报告及其附表中一般都有地勘期间瓦斯含量的测试数据，应做好收集工作，对于一个矿井来说，如果要能清楚矿井瓦斯的赋存规律，没有大量的瓦斯含量测点是不行的，所以应收集尽可能多的瓦斯含量测试数据。

第二章矿井开拓开采方案及采区通风设计

矿井批准开采煤层、井田范围及井田面积，矿井煤层、资源储量，批准的生产能力，目前设计开采煤层。

井田开拓与开采、采区划分及接替顺序，矿井主要生产系统及设备、回采与掘进工艺。

矿井通风方式，通风系统，重点进行采区通风系统设计，计算出矿井各个工作地点的

新建矿井应结合矿井初步设计，交待清楚矿井开拓方式、采区划分、采区接替顺序、首采工作面采煤方法、掘进方式及通风方式等基本内容；

改（扩）建矿井应结合目前情况交待清楚改（扩）建方案；

生产矿井可结合矿井现状交代清楚以上基本内容；

具体设计可以参考《安全工程专业本科毕业设计指导书—矿井通风设计方向》

第三章矿井瓦斯赋存及抽采必要性和可行性论证

3.1煤层瓦斯基本参数

对于瓦斯抽放来说，煤层瓦斯基本参数包括：

瓦斯风化带深度、煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、煤的残存瓦斯含量、煤的孔隙率、瓦斯含量分布梯度、煤层透气性系数、抽放钻孔影响半径、百米钻孔瓦斯流量及其衰减系数等。

对于以上参数的确定，根据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第5.2.2条规定：

新建矿井瓦斯抽放工程设计应以批准的精查地质报告为依据，并参照邻近或条件类似生产矿井的瓦斯资料；

改（扩）建及生产矿井应以本矿地质、瓦斯资料为依据。

因此，对于新建矿井，瓦斯基本参数可以参考邻近矿井或条件类似的生产矿井，但在揭露煤层后必须重新确定，瓦斯抽放设计做相应调整；

对于改（扩）建矿井及生产矿井，瓦斯基本参数应以本矿资料为依据。

3.1.1煤层瓦斯含量

煤层瓦斯含量是单位质量煤中所含的瓦斯体积（换算为标准状态），单位是m3/t或mL/g。

煤层瓦斯含量也可用单位质量纯煤（去掉煤中水分和灰分）的瓦斯体积表示，单位是m3/t.r。

取得煤层的瓦斯含量可以通过如下几种途径：

⑴地勘解吸法

该方法是煤田地质勘探和煤层瓦斯地面开发时最常用的煤层瓦斯含量测定方法。

测定步骤如下：

①采样：

用普通岩芯管采取煤芯（煤样），当煤芯（煤样）提升至地表之后选取300～400g立即装入密封罐中，在采样过程中，注意记录开始提芯、煤芯提至地表和装罐前在空气中暴露的时间。

②瓦斯解吸速率测定：

采用瓦斯解吸仪现场解吸瓦斯，并记录瓦斯解吸量和时间的关系。

③损失瓦斯含量计算：

通过大量地勘钻孔采样试验测定，煤样在最初暴露的一段时间内，累计解吸瓦斯量与煤样解吸时间的平根成正比，即：

（1）

式中：

——煤层自开始暴漏起至

时总的瓦斯解吸量，mL；

——煤样在解吸测定前暴漏时间，min，

；

——提钻时间，min；

——解吸测定前在地面暴漏时间，min；

——煤样瓦斯解吸测定时间，min；

——瓦斯解吸速率，

由上式可知，在解吸量测定前，煤样在暴漏时间为

时的瓦斯解吸量为：

由此，可知在时间t时解吸量为：

将不同解吸时间下测得数据按下式换算成标准状态下的体积Voi：

（2）

式中V0i－－换算成标准状态下的解吸瓦斯体积，ml；

Vi――不同时间解吸瓦斯测定值，ml；

Po――大气压力，Pa；

hw――量管内水柱高度，mm；

Ps――hw下饱和水蒸汽压力，Pa；

tw――量管内水温，℃。

不同时间t下测得的Voi值所对应的解吸时间为t0+t；

将测点[

，Voi]绘在图1中，将直线延长与纵坐标轴相交，截距即为瓦斯损失量。

④残存瓦斯量：

将解吸测定后的煤样送实验室测定煤样中的残存瓦斯量、水分、灰分和煤样重量。

⑤求算煤样的瓦斯含量：

X=（V0+V1+V2）/G0（3）

式中Vo--换算成标准状态下的煤样在井下测得的瓦斯解吸总量，ml；

V1--换算成标准状态下的煤样取样过程损失瓦斯量，ml；

V2--换算成标准状态下的煤样残存瓦斯量，ml；

G0--煤样可燃质重量，g；

X--煤样瓦斯含量，ml/g.r。

⑵井下解吸法

该方法是在地勘解吸法原理基础上改进、发展形成的。

测定时，先打煤层钻孔采集煤屑（本煤层）或穿层钻孔采集煤芯（邻近层），然后测定采集的煤样在空气介质中的瓦斯解吸规律，并据此推算钻屑或煤芯在采集过程中试样的漏失瓦斯量，最后根据漏失瓦斯量、解吸瓦斯量、残存瓦斯量和煤样重量计算煤层原始瓦斯含量。

⑶间接法

该方法的理论基础是单分子层吸附模型的朗格缪尔方程，它确定煤层瓦斯含量的方式与步骤为：

①实测煤层瓦斯压力；

②实验测定煤样无水干燥条件下的瓦斯吸附常数；

③用朗格缪尔方程计算无水干燥基煤的瓦斯含量，并通过水分、灰分、温度、压力等校正得到原煤瓦斯含量。

计算公式如下：

（4）

式中X——纯煤（煤中可燃质）的瓦斯含量，m3/t·

r；

P——煤层瓦斯压力，MPa；

a——吸附常数，试验温度下煤的极限吸附量，m3/t；

b——吸附常数，MPa-1；

ts——试验室作吸附试验的温度，℃；

t——井下煤体温度，℃；

Mad——煤中水分含量，%；

——煤中灰分含量，%；

n——系数，

K——煤的孔隙容积，m3/m3；

k——甲烷的压缩系数。

2.1.2煤层透气性系数

煤层透气性系数是煤层瓦斯流动难易程度的标志，是煤层对于瓦斯流动的阻力，通常用透气性系数表示。

透气性系数越大，瓦斯在煤层中流动越容易，透气性系数

在我国普遍用地单位m2/MPa2·

d。

其物理意义是1m长的煤体，当压力平方差是1MPa2时，通过1m2的煤层断面，每日流过的瓦斯立方米数。

1m2/MPa2·

d相当于0.025毫达西。

煤层透气性系数测定以中国矿大法周世宁院士提出的径向不稳定流动法较为简便，应用也最多。

2.1.3钻孔瓦斯流量和流量衰减系数

钻孔自然初始瓦斯涌出强度

和钻孔自然瓦斯流量衰减系数α是表征钻孔自然瓦斯涌出特征的参数。

和α值要通过测定不同时间的钻孔自然瓦斯涌出量并按下式回归分析求得的，具体测定方法为：

选择新鲜暴露煤壁，沿煤层打一个孔径50～89mm，长30～40m的钻孔，封孔后定期测量钻孔自然瓦斯流量

，根据不同自排时间下的钻孔自然瓦斯流量测定数组（ti,

）,按公式回归

分析求出

和α。

3.2矿井瓦斯储量

根据《MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范》第3.0.1条规定，矿井瓦斯储量应为矿井可采煤层的瓦斯储量、受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层及围岩瓦斯储量之和。

可按下式计算：

（5）

式中

—矿井瓦斯储量，Mm3；

—可采煤层的瓦斯储量，Mm3；

（6）

Ali—矿井可采煤层i的地质储量，Mt

X1i—矿井可采煤层i的瓦斯含量，m3/t；

—受采动影响后能够向开采空间排放的各不可采煤层的瓦斯储量，Mm3；

（7）

A2i—受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的地质储量，Mt；

X2i—受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的瓦斯含量，m3/t；

W3—受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量，Mm3，实测或按下式计算：

（8）

K—围岩瓦斯储量系数，一般取K＝0.05~0.20。

3.3矿井可抽瓦斯量及可抽期

2.3.1矿井可抽瓦斯量

矿井可抽瓦斯量是指矿井瓦斯储量中在当前技术水平下能被抽出来的最大瓦斯量。

其概算法是：

可抽瓦斯量=瓦斯储量×

抽放率（9）

由于瓦斯储量可由式（5）计算，因此，要得到一个矿井的可抽瓦斯量，关键是要确定瓦斯抽放率。

3.3.2瓦斯抽放率

根据《MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范》第3.0.3条规定：

设计瓦斯抽放率，可根据煤层瓦斯抽放难易程度、瓦斯涌出情况、采用的抽放瓦斯方法等因素综合确定；

也可参照邻近生产矿井或条件类似矿井的数值选取。

抽放率指标应符合现行的《矿井瓦斯抽放管理规范》的有关规定。

根据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第8.6.3条规定：

瓦斯抽出率：

——预抽煤层瓦斯的矿井：

矿井抽出率应不小于20%，回采工作面抽出率应不小于25%；

——邻近层卸压瓦斯抽放的矿井：

矿井抽出率应不小于35%，回采工作面抽出率应不小于45%；

——采用综合抽放方法的矿井：

矿井抽出率应不小于30%；

——煤与瓦斯突出矿井：

预抽煤层瓦斯后，突出煤层的瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa以下。

对于设计来说，瓦斯抽放率的确定应符合以上标准的要求，也可以参照《AQ1026-2006煤矿瓦斯抽采基本指标》第4.2条进行选取。

⑴矿井（或采区）瓦斯抽放率的测定与计算：

在瓦斯抽采站的抽采主管上安装瓦斯计量装置，测定矿井每天的瓦斯抽采量。

矿井瓦斯抽采量包括井田范围内地面钻井抽采、井下抽采（含移动抽采）的瓦斯量。

每月底按式（10）计算矿井月平均瓦斯抽采率。

（10）

—矿井月平均瓦斯抽采率，%；

—矿井月平均瓦斯抽采量，m3/min；

—矿井月平均风排瓦斯量，m3/min

⑵工作面瓦斯抽放率的测定与计算：

工作面回采期间，在工作面瓦斯抽采干管上安装瓦斯计量装置，每周测定工作面瓦斯抽采量（含移动抽采）。

每月底按式（11）计算工作面月平均瓦斯抽采率。

（11）

—工作面月平均瓦斯抽采率，%；

—回采期间，工作面月平均瓦斯抽采量，m3/min；

—工作面月平均风排瓦斯量，m3/min

2.3.3可抽期

根据《MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范》第3.0.4条及《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第5.3.5都规定：

矿井或水平的抽放年限应与其抽放瓦斯区域的开采年限相适应。

瓦斯赋存部分指导及要求：

⑴要求全面收集瓦斯含量、瓦斯压力、煤层透气性系数、钻孔流量衰减系数及抽放钻孔影响半径等瓦斯抽放基本参数；

收集这些参数是应注意收集参数测试的位置：

包括煤层编号、标高、巷道名称。

这些参数的准确收集是论文写作的基础，特别是煤层瓦斯含量一定除了要收集地勘瓦斯含量，还要收集生产时期测试的瓦斯含量。

⑵应根据收集的煤层瓦斯含量做出矿井瓦斯含量分布等值线图，当然也可以根据瓦斯压力的分布规律采用间接法计算煤层瓦斯含量的方法。

做出矿井煤层瓦斯含量分布等值线图后根据煤层厚度、井田面积计算出全矿井的瓦斯储量；

对于生产矿井和改（扩）建矿井计算瓦斯储量时可假定矿井煤层全部未开采来计算储量。

⑶计算可抽瓦斯量时关键要确定瓦斯抽放率，对于生产矿井的瓦斯抽放率可以根据实测数据计算出矿井、工作面及邻近层的瓦斯抽放率；

对于新建矿井，应根据抽放方法合理确定抽放率。

⑷根据可抽瓦斯量和可抽期，概算出矿井瓦斯抽放泵的纯瓦斯抽放量，作为设备选型的基础数据。

⑸可抽期可取矿井设计服务年限。

⑹本章设计完成应绘出所设计矿井的瓦斯含量等值线图（1：

2000）。

3.4矿井瓦斯涌出量预测

对于改（扩）建矿井及生产矿井，矿井瓦斯涌出量可以实测；

对于新建矿井，矿井瓦斯涌出量要进行预测，预测依据《AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法》。

3.5瓦斯抽放的必要性论证

抽放瓦斯的必要性论证应对矿井、回采工作面及掘进工作面分别进行抽放瓦斯必要性分析。

3.5.1规定

根据《煤矿安全规程》第145条及《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第4.1.1~4.1.3条规定：

有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统：

⑴1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。

⑵矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：

①大于或等于40m3/min；

②年产量1.0～1.5Mt的矿井，大于30m3/min；

③年产量0.6～1.0Mt的矿井，大于25m3/min；

④年产量0.4～0.6Mt的矿井，大于20m3/min；

⑤年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min。

⑶开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。

3.5.2通风处理瓦斯量核定

当一个矿井、采区或工作面的绝对瓦斯涌出量大于通风所能允许的瓦斯涌出量时，就要抽放瓦斯，即：

（12）

式中q—矿井（采区或工作面）的瓦斯涌出量，m3/min；

qf—通风所能承担的最大瓦斯涌出量，m3/min；

v—通风巷道（或工作面）允许的最大风速，m/s；

S—通风巷道（或工作面）断面积，m2；

C—《煤矿安全规程》允许的风流中的瓦斯浓度，%；

K—瓦斯涌出不均衡系数，取值为1.2~1.7。

3.6瓦斯抽放的可行性

开采层瓦斯抽放的可行性是指在原始透气性条件下进行预抽的可能性，一般来说，其衡量指标有两个：

一为煤层的透气性系数λ；

二为钻孔瓦斯流量衰减系数α，按λ和α判定开采层瓦斯抽放可行性的标准，如表1所示。

表1煤层瓦斯抽放难易程度分类表

抽放难易程度

钻孔瓦斯流量衰减系数（α）（d-1）

煤层透气性系数（λ）

（m2/MPa2.d）

容易抽放

<

0.003

>

10

可以抽放

0.003～0.05

0.1～10

较难抽放

0.05

0.1

抽采可行性及必要性论证部分指导及要求：

⑴对于瓦斯抽放必要性，可以根据《煤矿安全规程》及《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》进行确定。

但为了保证设计的工作量，要求对所有类型的矿井都要进行瓦斯涌出量预测，即：

假如一个矿井是瓦斯突出矿井，按照条件，不管瓦斯涌出量是不是超出风排瓦斯量的最大限值都必须建立瓦斯抽放系统，但仍然要对矿井进行瓦斯涌出量预测。

预测的目的是为了了解随着矿井开采的推进瓦斯涌出的变化情况。

⑵依据《AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法》，对于新建矿井，应预测出矿井开采前、中、后期的采面、掘进头、采区及全矿井的瓦斯涌出量；

对于生产矿井和改（扩）建矿井，应结合矿井未来的开拓开采部署，以现在为起点预测前、中、后期的采面、掘进头、采区及全矿井的瓦斯涌出量。

⑶瓦斯涌出量预测的结果，也是进行瓦斯抽放量设计时选取抽放量的一个重要指标。

如：

对一个采煤工作面，预测出了它的瓦斯涌出量，根据采面设计资料知道了采面进风断面、进风风速有规定，则其风排瓦斯最大值就确定了，那样瓦斯抽放系统必须要把预测涌出量和最大风排瓦斯量之间差值的那部分瓦斯抽放出去。

⑷对于抽放必要性论证，只要求收集参数，论证未卸压时本煤层瓦斯抽放可行性。

第四章瓦斯抽放方法选取

4.1规定

根据《MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范》第4.1.1条规定：

选择抽放瓦斯方法，应根据煤层赋存条件、瓦斯来源、巷道布置、瓦斯基础参数、瓦斯利用要求等因素经技术经济比较确定。

并应符合下列要求：

a）尽可能利用开采巷道抽放瓦斯，必要时可设专用抽放瓦斯巷道；

b）适应煤层的赋存条件及开采技术条件；

c）有利于提高瓦斯抽放率；

d）抽放效果好，抽放的瓦斯量和浓度尽可能满足利用要求；

e）尽量采用综合抽放；

f）抽放瓦斯工程系统简单，有利于维护和安全生产，建设投资省，抽放成本低。

根据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第7.1.2条规定：

按矿井瓦斯来源实施开采煤层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放和围岩瓦斯抽放；

第7.1.3条规定：

多瓦斯来源的矿井，应采用综合瓦斯抽放方法。

瓦斯抽放系统选择还应注意以下问题：

⑴分期建设、分期投产的矿井，抽放瓦斯工程可一次设计，分期建设、分期投抽。

⑵抽放瓦斯站的建设方式，应经技术经济比较确定。

一般情况下，宜采用集中建站方式。

当有下列情况之一时，可采用分散建站方式：

——分区开拓或分期建设的大型矿井，集中建站技术经济不合理。

——矿井抽放瓦斯量较大且瓦斯利用点分散。

——一套抽放瓦斯系统难以满足要求。

4.2矿井瓦斯来源分析

矿井瓦斯来源是确定抽放方法的主要依据，因此，应尽量详细地做好以下测量工作：

――必须测定出掘进、采煤与采空区的瓦斯涌出量分别占全矿井瓦斯涌出量的比例；

――必须准确地判断出采区工作面的瓦斯主要来自本煤层还是邻近层。

一般把回采工作面老顶初次冒落前的平均瓦斯涌出量认为是本煤层的瓦斯涌出量，而将老顶初次冒落后的平均瓦斯涌出增加量认为是邻近层的瓦斯涌出量。

4.3抽放方法选择

根据上面建立的抽放瓦斯的必要性指标和可行性指标，依据规程、规范的规定论述采用矿井集中抽放瓦斯系统或地面钻孔抽放瓦斯系统，还是采用井下移动式抽放瓦斯系统。

瓦斯抽放方法及各方法的抽放率详见《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》附录B。

在此需要强调的是，对于突出煤层要考虑区域性防突措施的抽采设计，具体参照《防治煤与瓦斯突出规定》执行。

4.3.1本煤层瓦斯抽放方法

未卸压煤层进行预抽，煤层瓦斯抽放的难易程度可划分为三类。

——煤层透气性较好，容易抽放的煤层，宜采用本层预抽方法，可采用顺层或穿层布孔方式。

——煤层透气性较差，采用分层开采的厚煤层，可利用先采分层的卸压作用抽放未采分层的瓦斯。

——单一低透气性高瓦斯煤层，可选用加密钻孔、交叉钻孔、水力割缝、水力压裂、松动爆破、深孔控制预裂爆破等方法强化抽放。

煤与瓦斯突出危险严重煤层，应选择穿层网格布孔方式。

——煤巷掘进瓦斯涌出量较大的煤层，可采用边掘边抽或先抽后掘的抽放方法。

4.3.2邻近层瓦斯抽放方法。

——通常采用从开采层回风巷（或回风副巷）向邻近层打垂直或斜交穿层钻孔抽放瓦斯的方法。

——当邻近层瓦斯涌出量大时，可采用顶（底）板瓦斯巷道（高抽巷）抽放